SESIONES 02 y 03: Análisis Sísmico Estático y Dinámico de un
edificio de Concreto Armado de 10 Pisos con los programas ETABS
y SAFE
En la Figura siguiente se muestra la planta arquitectónica típica de un edificio de oficinas de 10 niveles.
Figura 1 – Planta Arquitectónica del Piso Típico
El edificio cuenta con las siguientes características: - Placas de concreto armado de 25 cm de espesor.
- Concreto en columnas, vigas, losas y placas: f’c = 210 kg/cm2.
- Losas aligeradas armadas en una dirección, de 17 cm y losas macizas armadas en dos direcciones de 15 cm de espesor.
- Parapetos de concreto de 1.2 m de altura y 0.10 m de espesor. - Altura de piso a piso = 2.65 m.
- Ubicado en la costa, suelo flexible, destinado a oficinas. - Vigas de sección rectangular de 25 x 50 cm.
- 2 escaleras y 1 ascensor.
En la siguiente Figura se muestra el esquema estructural de acuerdo con las columnas y placas de concreto armado propuestas.
Figura 2 – Esquema estructural de planta
Las cargas a considerar para el edificio son: Carga Muerta: - Losa aligerada, h = 0.17 m. 280 kg/m2. - Losa maciza, h = 0.15 m. 360 kg/m2. - Piso terminado. 100 kg/m2. Carga Viva: - Piso Típico. 300 kg/m2. - Azotea. 100 kg/m2.
MODELAMIENTO EN ETABS Edición de Líneas Guía
File ~ New Model ~ Use Settings from a Model File…
En el recuadro anterior se deben ingresar las coordenadas de las líneas guía para el modelo. Estas líneas guía corresponden a los ejes de muros y el inicio y el final de los muros.
X Grid Data
1 1 0.000 Primary Show Top
2 1.200 Primary Show Top
3 2 7.575 Primary Show Top 4 3 10.050 Primary Show Top 5 4 11.375 Primary Show Top 6 5 12.725 Primary Show Top
7 15.525 Primary Show Top
8 6 16.675 Primary Show Top 9 7 17.825 Primary Show Top 1
0 8 19.150 Primary Show Top 1
1 9 21.825 Primary Show Top 1
2 28.500 Primary Show Top
1
3 10 29.700 Primary Show Top Y Grid
Data
1 A 0.000 Primary Show Left
2 2.250 Primary Show Left
3 B 3.725 Primary Show Left
4 5.100 Primary Show Left
5 6.300 Primary Show Left
6 C 8.025 Primary Show Left
7 8.600 Primary Show Left
8 D 11.175 Primary Show Left 9 12.650 Primary Show Left 1
0 E 14.900 Primary Show Left
También hay que proporcionar la información de pisos (Story) con el comando Edit ~ Edit Story Data ~ Edit Story… tal como se muestra en la figura siguiente.
Definición de Características de los Materiales Define ~ Material Properties...
Definición de las Propiedades Geométricas de las Secciones de Barras Define ~ Section Properties ~ Frame Sections...
Definición de las Propiedades Geométricas de las Secciones de Placas y de Losas
Define ~ Section Properties ~ Wall Sections
Modelo de Análisis – Dibujando los Muros.
En una vista de planta del primer piso se procederá a dibujar los muros mediante la herramienta:
Draw ~ Draw Floor/Wall Objects... ~ Draw Walls (Plan)...
Figura 3 – Vista en planta del modelo estructural (solo muros)
Modelo de Análisis – Dibujando las Vigas y Columnas.
En una vista de planta del primer piso se procederá a dibujar las vigas mediante la herramienta:
Draw ~Draw Beam/Column/Brace Objects...~Draw Beam… (Plan,Elev,3D)...
En una vista de planta del primer piso se procederá a dibujar las columnas mediante la herramienta:
Draw ~Draw Beam/Column/Brace Objects...~Quick Draw Columns… (Plan,3D)...
Figura 4 – Vista en planta del modelo estructural (vigas) Asignación de brazos rígidos en vigas
Select ~ By Object Type... ~ Beam
Modelo de Análisis – Dibujando las Losas.
En una vista de planta del primer piso se procederá a dibujar las losas mediante las herramientas:
Draw ~ Draw Floor/Wall Objects...~Draw Rectangular Floor/Wall (Plan, Elev).. Draw ~ Draw Floor/Wall Objects...~Draw Floor/Wall (Plan, Elev, 3D)..
Edición del Modelo
Replicando el primer piso ya modelado, se puede completar los siguientes niveles:
Select ~ Select All... Edit ~ Replicate...
Figura 6 – Vista en planta (izquierda) y 3d (derecha) del modelo estructural
Definición de las Cargas a Aplicar al Modelo Cargas de Gravedad
Define ~ Load Patterns...
Para poder seleccionar las losas (de manera aislada) a las que se les aplicará las cargas de gravedad. Se recomienda el comando de visualización que permite ocultar algunos elementos estructurales:
Aplicación de las cargas de gravedad Assign ~ Shell Loads ~ Uniform...
En la losa maciza
En la azotea:
Figura 7 – Asignación de cargas en losas del piso típico: carga muerta (izquierda) y carga viva (derecha)
Figura 8 – Asignación de cargas en losas de la azotea: carga muerta (izquierda) y viva (derecha) Cargas en tabiques y parapetos
Assign ~ Frame Loads ~ Distributed...
Mediante esta herramienta se asignan las cargas correspondientes a los parapetos (CM = 288 kgf/m)
Figura 9 – Asignación de cargas en vigas del piso típico: parapetos. Edición del Modelo
Se procederá a identificar cada muro como una pila (Pier Label) de manera de tener las fuerzas internas de estos elementos.
Para poder seleccionar muros en todos los niveles, se empleará:
View ~ Set Display Options...
En una vista en planta y con el modo de edición en “All Stories” se seleccionarán los muros a los que se les asignarán los nombres de pila (pier label).
Assign ~ Shell/Area ~ Pier Label...
Figura 10 – Asignación de nombres de pila (Pier Label) a los muros
Por simetría se han colocado nombres de pila similares (A y B) a elementos simétricos. Asignación de diafragmas de entrepisos
Assign ~ Shell ~ Diaphragms...
Figura 12 – Asignación de diafragmas rígidos M.I. José Velásquez ([email protected])Página 23
Definición de Masas
Se procederá a indicar a partir de qué cargas se calculará la masa para los procedimientos de análisis de cargas sísmicas.
Define ~ Mass Source...
Análisis Dinámico
Definición del Espectro de Pseudoaceleración
A partir de las indicaciones de la Norma Peruana, se define el espectro:
Parámetros Generales
Factor de zona, Z : 0,4 (Costa Peruana)
Factor de Suelo, S : 1.40; Tp = 0,90 seg.
Factor de Importancia, U : 1,00 (Edificación Común)
Factores de Reducción, R : RX = ¾ (6) = 4,50 (placas de concreto armado *) RY = ¾ (6) = 4,50 (placas de concreto armado *)
Coeficiente sísmico, C : 2,50; para períodos menores a Tp
: 2,50 x (Tp/T) para períodos mayores a Tp
(* Considerado como una estructura irregular)
Define ~ Response Spectrum Functions...
Define ~ Load Cases... Add New Case
Combinaciones de Cargas
Definición de las Combinaciones de Cargas
A partir de las cargas aplicadas se definieron las siguientes combinaciones de diseño:
Define ~ Load Combinations...
CU1 = 1,4 CM + 1,7 CV
CU2x = 1,25 CM + 1,25 CV + (FEXX) .CSx CU2y = 1,25 CM + 1,25 CV + (FEYY).CSy CU3x = 0,90 CM + (FEXX) CSx.
CU3y = 0,90 CM + (FEYY).CSy
NOTA: de acuerdo con la comparación entre el análisis estático y dinámico se determinará el factor de escala por el que hay que multiplicar los casos de carga sísmica (CSx y CSy)
División (interna) de todos los muros
Para una mejor predicción de los esfuerzos se recomienda dividir internamente todos los muros (Object Wall) con elementos finitos rectangulares de lados no mayores a 1m. En los pisos no es necesaria hacer esta división.
Select ~ Select ~ Object Type ~ Walls... Assign ~ Shell ~ Wall Auto Mesh Options ...
Proceso Constructivo
Para definir la secuencia constructiva se deberá emplear:
Manejo de Resultados
Los resultados del análisis del edificio se pueden visualizar en pantalla o mostrarlos en hojas de cálculo.
Desplazamientos de los Centros de Masa
Se recomienda cambiar temporalmente las unidades a ton-cm
Display ~ Show Tables...
~ Export To Excel...
Los resultados de los desplazamientos se copian a una hoja de excel y se editan para verificar los desplazamientos permitidos por la norma.
Cortante Basal en el Edificio
Los resultados de cortante basal para los casos de carga dinámica para el edificio son:
Display ~ Show Tables...
Fuerzas Internas en las Placas
Para obtener las fuerzas internas en las placas se seleccionan estos elementos:
Select ~ Label ~ Pier Label...
Los resultados de fuerzas internas de las placas se copian a una hoja de excel y se editan para realizar los procedimientos de diseño.
Verificación del Cortante Basal
Primero se obtienen las masas en cada piso del edificio para calcular el cortante basal estático:
Display show tables ~ Model ~ Structure Data Mass Summary ~ Mass Summary By Story
Las masas del edificio se copian a un archivo de Excel para poder estimar El cortante basal estático.
Por ejemplo, si el cortante en la base para ambas direcciones se ha estimado en: Vest = 755.25 ton.
Como la estructura es irregular, el Vdín debe ser mayor o igual al 90 % del cortante estático.
90 % Vest = 679.73 ton.
Los cortantes dinámicos en el primer piso son: VdinXX = 556.79 ton
VdinYY = 593.77 ton
Por lo que los factores de escala que se deben emplear son: F.E. XX = 1.22
F.E. YY = 1.14
Diseño y Detallado de Elementos Estructurales
Design ~ Concrete Frame Design ~ View/Revise Preferences
Design ~ Concrete Frame Design ~ Select Design Combinations
Design ~ Shear Wall Design ~ View/Revise Preferences
Design ~ Shear Wall Design ~ Select Design Combinations
Design ~ Shear Wall Design ~ Start Design/Check
